AT89S52單片機的USB下載線設計

　1 引言

　　不同的單片機有不同的下載線，一般來說，對應有不同的下載軟件和硬件驅(qū)動程序。這些軟件和程序隨著功能的完善和操作等原因還有不同的版本。這造成下載線的使用者需要不斷的更新軟件，也讓使用者在更換單片機時不僅更換下載線，還要熟悉新的下載軟件。為此，如果能設計一種不需要下載軟件的下載線或統(tǒng)一操作的下載軟件，則能大大提高單片機程序下載的操作效率。研究和開發(fā)一種通用而不需下載軟件的 USB 接口的單片機的下載線更為必要。

　　2 硬件設計

　　2.1 設計思想

　　為了能夠使用和兼容傳統(tǒng)的下載線，一種方式是在計算機中連接一個USB 轉(zhuǎn)并口(或串口)的連接線，然后再連接一根傳統(tǒng)的下載線。在市場上，很多USB 轉(zhuǎn)并口的線是給打印機專用的，它并不是一個模擬并口，而是模擬了一個USB 打印機，是不能用來連接并口下載線進行程序下載的。USB 轉(zhuǎn)串口則不一樣，因為它是真正的在電腦上模擬了一個串口，一般的編程軟件都可以對這個串口進行讀寫操作。

　　另一種方式是單獨開發(fā)的USB 編程器，其功能包含了USB 接口和下載線(也有一部分還帶有編程器等功能)，一些USB 編程器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個USB 轉(zhuǎn)串口的芯片轉(zhuǎn)成串口后再接后續(xù)編程電路，這樣的方式與單獨的USB 轉(zhuǎn)串口加下載線的原理和連接是相同的。

　　不管是哪一種下載線，都需要對應的驅(qū)動程序和下載程序，當然，這些下載線也支持在線仿真等功能。

　　為了實現(xiàn)計算機中不需要安裝下載線驅(qū)動程序，在對下載線控制系統(tǒng)調(diào)試完成后，計算機系統(tǒng)就可使用系統(tǒng)中自有的USB 驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)程序?qū)ο螺d線進行讀寫，這樣既能保證了在所有計算機上都可以通用，又實現(xiàn)了在計算機中不需要專用的下載程序，只需要如磁盤操作一樣進行復制、粘貼或其他文件復制操作即可將程序?qū)懭雴纹瑱C。

　　2.2 選用接口器件

　　在考慮了若干USB 接口芯片后，選用Philips 公司的PDIUSBD12 作為系統(tǒng)的USB 接口芯片，該芯片僅是一塊USB轉(zhuǎn)并行接口的系統(tǒng)芯片，所有的應答數(shù)據(jù)都由單片機提供，能夠滿足設計需要。

　　PDIUSBD12 是一款性價比很高的USB 器件，完全符合USB1.1 版的規(guī)范，PDIUSBD12 通常用作微控制器系統(tǒng)中實現(xiàn)與微控制器進行通信的高速通用并行接口。PDIUSBD12 引腳功能如圖1 所示。

　　圖1 PDIUSBD12 引腳圖

　　2.3 PDIUSBD12 與單片機連接

　　在Philips 的PDIUSBD12 文檔中，發(fā)布了一個與80C51的典型應用電路，如圖2 所示。

　　在圖2 中，ALE 接為低電平，表示一個獨立的地址和數(shù)據(jù)總線配置。PDIUSBD12 的A0 腳與80C51 的任意一個I/O 口相連。該端口控制PDIUSBD12 的命令和數(shù)據(jù)狀態(tài)。80C51 的多位地址和數(shù)據(jù)總線可直接與PDIUSBD12 的數(shù)據(jù)總線相連。

　　80C51 的頻率輸入可由PDIUSBD12 的CLKOUT 提供。

　　2.4 下載線接口電路

　　下載線的電路由三個部分組成，分別是單片機控制部分、USB 接口處理電路和下載線接口電路。

　　其中USB 接口處理電路是采用D12 芯片與系統(tǒng)控制單片機芯片的連接方式采用了模擬總線的方式進行連接，數(shù)據(jù)端口連接到單片機的P0 端口，并在P0 端口上接了一個上拉排阻實現(xiàn)了端口輸出高電平。將D12 的讀寫控制分別接到P3.6 和P3.7 引腳，地址端A0 接到P1.1 引腳上。其時鐘信號從CLKOUT 輸出，連接到單片機AT89S52 的XTAL1 上，作為單片機的時鐘信號，電路如圖3 所示。

　　下載線接口采用P2 的部分引腳進行控制，分別是P2.0接OE 端控制輸出端口是否有效，P2.1 接SCLK、P2.3 接MOSI、P2.5 接MISO 構(gòu)成模擬SPI 接口，P2.7 控制目標芯片的RESET 引腳使其進入串行下載模式。另外，保留了P30 和P31 作為異步串行通信端口，作為系統(tǒng)調(diào)試端口，P15、P16、P17 和RESET 與VCC、GND 連接到系統(tǒng)控制芯片的程序下載接口。

　　為了保證在沒有寫程序時不影響單片機的工作，所有與單片機連接的下載線接口都應保持高阻狀態(tài)，在需要編程時又能夠?qū)碾娖接绊憜纹瑱C引腳，所以在設計中，參考了原altera 并口下載線的接口電路，采用三態(tài)的總線驅(qū)動芯片74HC244 作為下載線接口驅(qū)動電路。具體的接口電路如圖4 所示。

　　圖4 下載線接口電路。

　　下載線接口從1 腳至6 腳，依次是：地、復位、MOSI、MISO、SCK、VCC。

3 PCB 設計

　　3.1 調(diào)試端口

　　考慮到在具體調(diào)試時，下載線采用了串口作為調(diào)試端口，將從USB 端口接收到的數(shù)據(jù)通過串口線重新發(fā)回計算機，在計算機中使用串口調(diào)試助手顯示內(nèi)容。故將其振蕩脈沖由外部D12 送過來的信號改為由單片機外接11.0592MHz 晶振與振蕩電容產(chǎn)生的頻率，以滿足硬件調(diào)試需要。

　　3.2 PCB 制作

　　在完成了電路原理圖的情況下，根據(jù)下載線電路原理圖設計了PCB 電路圖，如圖5 所示。圖5 是一雙面的PCB,圖5(a)頂層線路，圖5(b)底層線路。

　　圖5(a) 頂層線路

　　圖5(b) 底層線路

　　在完成軟件設計后，用此下載線將單片機與計算機連接，很好的實現(xiàn)了程序下載。

　　4 結(jié)束語

　　本文所設計的下載線能夠?qū)崿F(xiàn)與計算機的USB 端口連接，通過在單片機向計算機聲明為程序下載設備，成為計算機的一個常規(guī)設備，通過安裝對應的驅(qū)動程序后，下載線的硬件就能夠正常工作。